基于項目化學習 培養學生綜合實踐能力

張云杰

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出：重視開展素養為本的教育，倡導真實問題情境的創設，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力。汽車尾氣污染治理既是社會性科學議題，又是可以整合單元知識，提升學生解決真實問題能力的重要情境素材。基于項目化學習開展汽車尾氣污染治理實踐研究，在解決綜合問題的過程中實現知識的結構化發展，發展其適應終身發展和社會發展所需要的必備品格和關鍵能力。

人教版高中化學必修第一冊“氧化還原反應”一節的“思考與討論”欄目引入了汽車尾氣系統中安裝催化轉化器處理汽車尾氣中的CO和NO。化學課程標準中也建議氧化還原反應教學提供有關“汽車尾氣及危害”的素材，因此，本項目課題的選擇既是選自教材，又不拘泥于教材，既是對教材知識的整合，又拓展教材的知識，同時關注環境問題，引導學生從STSE視角感受氧化還原反應的社會價值，形成“綠色化學”的理念，增強社會責任感。

1.核心知識及素養發展

知識層面，本單元圍繞物質分類觀、轉化觀、離子反應和氧化還原反應等大概念展開教學。通過開展汽車尾氣的污染治理項目，希望學生加強對學科本質的理解，從氧化還原角度分析尾氣中污染物的成因、危害與治理方案;能利用膠體的性質解釋PM2.5、PM10.0的危害;能從離子反應角度解釋酸雨的成因，及對建筑物的腐蝕與危害。

能力層面，能通過汽車尾氣污染治理問題的探究，培養搜集證據、處理信息的能力，能從化學等學科視角分析和解決實際問題，培養科學態度與可持續發展意識，實現從學科價值視角到社會價值視角，再到學科和社會價值視角的進階發展。

2.驅動性問題與項目解構

以酸雨、霧霾等環境污染問題為背景，引出本節課的驅動性問題“如何治理汽車尾氣？”學生在討論中對項目進行解構。根據組間同質、組內異質，全班分成8組，6人一組。每個小組明確自己的任務方向，列出操作細節。通過查閱資料、討論等方式推進課題研究問題，在問題解決的過程中發展學科素養。后期小組成員匯總所有素材，進行篩選、分析和綜合，以科技小報的形式在班級展示，方便學習溝通。

3.具體實施

任務一：基于學科觀念，分析汽車尾氣成分

小組討論，細化研究方案。物質的轉化遵循守恒觀，為了分析汽車尾氣的成分，我們需要知道汽車的燃料有哪些？為什么會產生污染物質？污染物質具體有什么？學生利用氧化還原反應原理解釋污染產生的原因，由于汽油的不完全燃燒產生了CO、碳氫化合物、PM2.5、PM10.0等碳煙顆粒;汽油機在工作工程中，燃料在氣缸內部燃燒，形成高溫，空氣中的氮氣在高溫條件下被氧氣氧化得到氮氧化合物;汽車尾氣中的鉛則是因為汽油中加入的抗爆劑四乙基鉛;汽車尾氣中的SO2是來源于石油中含硫化合物的燃燒。

學生基于元素觀，通過價類二維角度分析尾氣中各種成分的成因，在復雜問題的解決中建立高階的物質轉化觀，發展宏觀辨識與微觀探析素養。感興趣的小組還用數字化傳感器實地測量汽車尾氣中的SO2、CO2等含量，發展科學精神與探究意識。

任務二：跨學科融合，分析汽車尾氣的危害

學生通過價類二維角度，結合氧化還原和離子反應原理分析硫酸型酸雨和硝酸型酸雨的成因，進一步發展了高階的物質轉化觀。從生態環境建設角度，了解酸雨對人體造成的影響和對環境造成的影響。

學生又結合物理學、生物學等知識，分析污染物顆粒大多是粒子0.1～40微米的多孔性炭粒組成，能吸附苯芘或者SO2等有毒物質。從粒子直徑大小出發，分析2.5～10微米的顆粒可進入支氣管，小于2.5微米的可進入肺泡，影響生物健康，使農作物減產，并導致大氣污染。通過本階段的研究，學生加強對微粒觀和轉化觀的理解，能從STSE角度出發，科學分析污染的危害，同時發展科學態度與社會責任素養。

任務三：多舉并進治理汽車尾氣，發展科學素養

經過小組討論，從改善燃油、物理凈化、化學凈化、新能源汽車四個角度分析汽車尾氣的治理。采用乙醇汽油、CNG、液化石油氣、生物柴油等作為機動車燃料，減少污染的產生;選擇孔徑合適的新型過濾裝置對碳煙顆粒進行過濾，并進行水洗或蒸汽淋浴去除碳顆粒及有毒物質，同時采用戶外高壓噴灑水和安放霧霾凈化塔的方式，凈化細小粉塵和顆粒物;在發動機尾氣管安裝三元催化轉化裝置，從氧化還原反應角度實現CO、氮氧化物、碳氫化合物的綠色化轉化，進一步發展高階的物質轉化觀。

興趣小組還從電化學角度為學生們介紹了新能源汽車中的燃料電池工作原理，以氧化還原反應為本質，將化學能轉化為電能，提高能源利用率，減少污染產生;從能源的角度介紹了混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車等。在真實問題的解決過程中，體驗科學精神，運用所學知識，解決真實問題，在做中學，學以致用，增強科學精神與創新意識，感受科學技術的魅力。

任務四：拓展遷移，氧化還原反應在生產生活中的其他應用

匯報組從提供能量、物質轉化、冶煉金屬、污水處理、檢驗酒駕、供氧、醫療衛生、農業生產等角度介紹了氧化還原的有利用途，并結合食物腐敗、金屬生銹、消毒劑不當使用、自然、爆炸等闡述了氧化還原在生活中的危害。

由此，學生深刻認識到物質變化時伴隨能量的變化，可以從不同視角對化學變化進行研究，用對立統一、聯系發展和動態平衡的觀點考查和分析化學反應，進而發展變化觀念與平衡思想。

4.交流與評價

在成果匯報階段，不同小組進行不同專題的介紹，學生之間相互評價，在交流過程中發展化學核心觀念——元素觀、微粒觀、轉化觀，整合氧化還原反應、離子反應、膠體性質等核心知識用于解決真實情境下的汽車尾氣污染治理問題。

教師在小組匯報過程中提出以下衍生性問題：為什么選擇汽油等燃料作為汽車能源？如何將有毒物質轉化為無毒物質，轉化需要哪些條件？什么是綠色化處理？醫用口罩能用于防霧霾嗎？防霧霾口罩能用于阻隔病毒嗎？以新能源汽車為例，分析能量轉化的形式？如果你要買一輛車，你會從哪些角度評估？通過這些問題引發學生的深度思考，進一步激發學生的探究欲望，用高階思維包裹低階思維。學生們組間合作、整合信息，制作PPT等進行展示交流，培養了學生的信息加工能力、語言表達能力、增強社會責任感、開展有意義的學習，又形成了科學研究的思路和方法，培養科學素質。

汽車尾氣的污染治理是一個社會熱點問題，是學生可以綜合所學知識，交流合作共同研究探索的有價值的問題。項目化學習是學生基于真實問題而自主開展的科學實踐活動，是學生發展自我認知、知識結構化、能力提升的有效載體。在項目的設計到完成，以學生為主體，在信息的獲取、加工、交流、反思、評價過程中，發展學科核心素養，提升綜合能力，實現事實性知識的組織和意義化。

編輯/陸鶴鳴